易学华
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钟庆湖
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陈书汉
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卜寿亮
材料科学与工程学报
采用分子动力学方法对由5万个液态金属铜(Cu)原子构成的系统在不同冷却速率下的凝固过程中对微观结构演变的影响进行了模拟跟踪研究.运用双体分布函数g(r)曲线、Honeyeutt-Andersen(HA)键型指数法、新的原子团类型指数法(CTIM-2)和可视化分析等方法,对凝固过程中微观结构的演变特性进行了分析研究.结果发现:由非晶体向晶体转变的临界速度约为1.0×1013 K/s,在此冷速下系统最终形成非晶体和晶体混合共存的结构;在冷速为1.0×1014 K/s时,非晶转化温度约为673K;在以4.0×1012K/s速度冷却时,系统从673K就开始结晶,并形成以1421和1422二种键型或由这二种键型构成的面心立方(fcc) (12 0 0 0 12 0)和六角立方(hcp)(1200066)基本原子团为主的晶体结构.同时发现,冷速对系统中的fcc结构和hcp结构的相对比例有显著的影响,冷速越低,fcc基本原子团簇结构越多.
关键词:
液态金属Cu
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凝固过程
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微观团簇结构演变
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分子动力学模拟
,
Q-SC多体势
易学华
材料导报
采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen多体势,对液态金属Cu的快速凝固过程进行了计算机模拟跟踪研究.运用Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了金属Cu原子的成键类型和形成的原子团簇结构.研究发现,系统形成以1551、1541和1431 3种键型为主的非晶态结构;二十面体原子团(12 0 12 0)和缺陷多面体基本原子团(12 2 8 2)、(13 1 10 2)、(13 3 6 4)、(14 1 10 3)、(14 2 8 4)、(14 3 6 5)在液态转变为非晶体过程中起到了关键性作用;系统所形成的纳米级团簇由一些基本多面体原子团相互连接而成,这正是与由气相沉积法和离子溅射法所获得的团簇结构的本质差别.通过对双体分布函数g(r)、HA键型、基本原子团和平均原子体积的分析,还得到液态金属Cu在冷却速率为1.0×1014K/s时的非晶转变温度Ts约为673K.
关键词:
分子动力学模拟
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液态金属Cu
,
Q-SC多体势
,
纳米团簇结构
易学华
中国有色金属学报
采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen多体势，对2万个液态金属铜(Cu)原子在两个不同冷速凝固过程中其微观团簇结构的形成特性以及晶体的成核生长进行模拟。运用双体分布函数、Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法、原子团类型指数法(CTIM-2)和可视化分析等方法，对凝固过程中微观结构转变和原子团簇的微观结构演变特性进行分析。结果表明：冷却速率为4.0×1012 K/s和2.0×1012 K/s时，系统形成以1421、1422键型或由这两种键型构成的面心立方(FCC)(12000120)和六角密集(HCP)基本原子团(1200066)为主体的晶体结构；尤其是由1421键型构成的面心立方(12000120)基本原子团在晶体生长和对微观结构演变的影响占主导地位。两种冷却速度下的结晶温度分别为673 K和773 K，即冷却速度越慢，结晶温度越高；系统最终形成了由FCC和HCP组成的混合晶体结构，但以FCC晶体结构为主；FCC(12000120)基本原子团在慢速低温时具有较好的遗传特性，基本原子团之间很容易连接在一起构成较大的纳米级大团簇结构。
关键词:
液态金属Cu
,
分子动力学模拟
,
Q-SC多体势
,
微观结构演变
,
成核
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生长
